考虑土拱效应的顶管迎面阻力计算方法研究

来源：中国血液净化杂志2025年第11期北京时间：

作者：张永杰, 李嘉兵, 欧雪峰, 罗志敏, 郑爽, 曹文贵

单位：1. 长沙理工大学 土木工程学院, 湖南 长沙 410114;2. 中国市政工程西南设计研究总院 有限公司, 四川 成都 610036;3. 湖南大学 土木工程学院, 湖南 长沙 410082"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (51878071, 52178416); Key Project of Hunan Provincial Department of Education (20A020); Natural Science Foundation of Hunan Province (2022JJ30615)

摘要：顶管迎面阻力作为评估掘进面稳定性的关键指标，可用于指导顶管机选型和刀盘磨损情况评价，简便有效的顶管迎面阻力计算方法是确保顶管快速掘进的基本保障。为此，通过分析掘进过程中机头前方土体的受力模式，在传统被动土压力计算理论基础上考虑机头前方土体大主应力拱的影响，构建了考虑土拱效应的顶管迎面阻力分析模型及其计算方法，并通过参数分析获得了模型中各因素对迎面阻力的影响规律。土拱效应充分发挥时，顶管迎面阻力随土体重度、黏聚力和上层覆土厚度的增大基本呈线性增加，随刀盘外径和土体内摩擦角的增大而呈非线性增加，其中顶管机刀盘外径与土体内摩擦角对顶管迎面阻力的影响最为显著。通过对比4个实际工程中6个典型断面的迎面阻力监测结果、该方法与既有方法的计算结果可知，该方法计算结果均大于实测值，平均约为23.7%，且小于规范方法计算值，表明其具有较好的稳定性优势。因此，该方法能很好地指导顶管机选型，有效防止顶推力不足造成的卡管、顶进效率低或地层不稳定等问题，可为今后类似工程提供有益借鉴。

关键词：隧道工程,顶管施工,土拱效应,迎面阻力,被动土压力,黏聚力

基金资助：国家自然科学基金项目(51878071,52178416)；湖南省教育厅重点项目(20A020)；湖南省自然科学基金项目(2022JJ30615)